DE10248932A1

DE10248932A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung

Info

Publication number: DE10248932A1
Application number: DE2002148932
Authority: DE
Inventors: Gunther Neumann
Original assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Current assignee: Bielomatik Schmiertechnik De GmbH
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: DE10248932B4

Abstract

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung eines Bearbeitungswerkzeuges im Bereich einer Bearbeitungsstelle eines Werkstückes, wobei Schmiermittel durch wenigstens einen Schmierkanal mit Hilfe eines Fördermittels zu der Bearbeitungsstelle gefördert wird, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden verschiedene Förder- und Schmiermittelströme als Standardwerte in einem Datenspeicher abgelegt, denen bestimmte Werkzeugdurchmesser des Bearbeitungswerkzeuges zugeordnet werden, wobei bei Auswahl eines bestimmten Werkzeugdurchmessers die zugeordneten Förder- und Schmiermittelströme angesteuert werden. DOLLAR A Einsatz für Bearbeitungsvorgänge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimalmengenschmierung eines Bearbeitungswerkzeuges im Bereich einer Bearbeitungsstelle eines Werkstückes, wobei Schmiermittel durch wenigstens einen Schmierkanal mithilfe eines Fördermittels zu der Bearbeitungsstelle gefördert wird, sowie eine Vorrichtung dazu.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Versorgung einer Bearbeitungsstelle mit minimalen Mengen eines Schmiermittels sind bekannt. Sie finden insbesondere Verwendung im Bereich der Metallverarbeitung. Dort werden Schmierstoffe bei Bearbeitungsvorgängen, insbesondere Trennverfahren mit geometrisch bestimmter und geometrisch unbestimmter Schneide wie Bohren, Gewindeschneiden, Reiben, Drehen, Fräsen, Hobeln, Schleifen eingesetzt. Der Einsatz von Schmierstoffen, insbesondere flüssiger Schmierstoffe wie Mineralöle, Syntheseöle, Alkohole, Wasser oder Festschmierstoffen führt insbesondere zu einer Erhöhung der Zerspanungsleistung, einer Verlängerung der Werkzeugstandzeiten, einer Verbesserung der Beschaffenheit der Werkstückoberfläche sowie zu einer Senkung der Schnittkräfte. Bei der herkömmlichen Anwendung von Schmierstoffen bei Bearbeitungsvorgängen wird ein Werkstück sowie ein Bearbeitungswerkzeug mit Schmiermittel überflutet, wodurch eine Versorgung der Bearbeitungsstelle mit einer ausreichenden Menge Schmiermittel sichergestellt werden soll. Im Gegensatz dazu hat die Minimalmengenschmierung zum Ziel, das Schmiermittel unmittelbar dort einzusetzen, wo es seine Wirkung sinnvoll entfalten kann, dies ist in erster Linie direkt an der Bearbeitungsstelle der Fall. Dazu wird das Schmiermittel mit Hilfe eines Fördermittels durch Schmierkanäle des Bearbeitungswerkzeuges an die Bearbeitungsstelle gebracht. Das Fördermittel, insbesondere Pressluft, dient dabei sowohl zum Transport des Schmiermittels als auch zur Kühlung der Bearbeitungsstelle sowie zum Abtransport der beim Bearbeitungsvorgang entstehenden Späne. Die Minimalmengenschmierung wird auch als Verlust- oder Verbrauchsschmierung bezeichnet, d.h. der eingesetzte Schmierstoff wird bei optimaler Dosierung während des Bearbeitungsvorganges nahezu vollständig verdampft. Um ein optimales Arbeitsergebnis unter Zuhilfenahme eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung bei einem Bearbeitungsvorgang zu erzielen, muss exakt die richtige Menge an Schmierstoff an die Bearbeitungsstelle gebracht werden. Während bei einer Überdosierung des Schmiermittels eine unerwünschte Verunreinigung des Werkstückes mit Schmiermittel auftritt, kann es bei einer Unterdosierung zu Schäden am Bearbeitungswerkzeug, am Werkstück sowie an der Werkzeugmaschine kommen.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Minimalmengenschmierung ist daher die Einstellung der Volumenströme von Fördermittel und Schmiermittel schwierig und kann nur qualifiziertem Personal überlassen werden, da ansonsten der Verlust des Bearbeitungswerkzeuges oder des gesamten Werkstückes droht. Dadurch stehen der Verbreitung des Verfahrens Hindernisse entgegen, die nicht in der Anwendbarkeit des Verfahrens für die verschiedenen Trennverfahren begründet sind, son dern mit der Verfügbarkeit von qualifizierten Maschinenbedienern zusammenhängen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine größtmögliche Prozesssicherheit des Bearbeitungsvorganges bei minimalem Einsatz von Schmiermittel gewährleistet ist, und bei dem ein Maschinenbediener ohne vertiefte Erfahrung in der Minimalmengenschmierung ein zuverlässiges Ergebnis der Bearbeitung erzielen kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass verschiedene Förder- und Schmiermittelströme als Standardwerte in einem Datenspeicher abgelegt werden, denen bestimmte Werkzeugdurchmesser des Bearbeitungswerkzeuges zugeordnet werden, und dass bei Auswahl eines bestimmten Werkzeugdurchmessers die zugeordneten Förder- und Schmiermittelströme angesteuert werden. Die Förder- und Schmiermittelströme sind insbesondere vom Querschnitt, der Beschaffenheit und der Länge der Schmierkanäle des Bearbeitungswerkzeuges abhängig. Sie bedürfen einer präzisen Anpassung an die Erfordernisse des jeweiligen Bearbeitungswerkzeuges, um den Anforderungen einer optimalen Minimalmengenschmierung gerecht zu werden. Um die Förder- und Schmiermittelströme zu beeinflussen, sind Stellmittel, insbesondere Fluidventile wie Proportionalventile, Schnellventile oder Drosselventile vorgesehen. Die Stellmittel werden von dem Datenspeicher angesteuert, um ein vorgegebenes Verhältnis sowie eine korrekte absolute Menge des Fördermittels und des Schmiermittels an der Bearbeitungsstelle bereitstellen zu können. Um eine Anpassung an die unterschiedlichen Gegebenheiten eines Bearbeitungsvorganges zu ermöglichen, wird in dem Datenspeicher eine Zuordnung zwischen einem bestimmten Werkzeugdurchmesser des Bearbeitungswerkzeuges und den für diesen Werkzeugdurchmesser korrekten Förder- und Schmiermittelströmen vorge nommen und über die Stellmittel in entsprechende Volumenströme des Fördermittels und des Schmiermittels umgesetzt.

In Ausgestaltung der Erfindung werden zusätzliche Werkzeug- und/oder Bearbeitungsparameter als Daten herangezogen und mittels eines Datenverarbeitungsprogrammes relativ zu den Standardwerten genauere Sollwerte für Förder- und Schmiermittelströme errechnet. Die einem Werkzeugdurchmesser zugeordneten Förder- und Schmiermittelströme sind in Form von Wertetabellen, Algorithmen oder drei- bzw. mehrdimensionalen Kennfeldern im Datenspeicher abgelegt. Jeder der Förder- und Schmiermittelströme weist dabei eine eigene, vom Werkzeugdurchmesser sowie von weiteren Parametern abhängige Charakteristik auf. Hierbei spielen insbesondere zusätzliche Werkzeug- und/oder Bearbeitungsparameter wie die Art des Bearbeitungswerkzeuges oder das zu bearbeitende Material eine wesentliche Rolle. Derartige Parameter werden deshalb zusätzlich zu der Information über den Werkzeugdurchmesser für eine Dosierung des Förder- und Schmiermittelstroms herangezogen. Dabei beeinflusst die Geometrie des Bearbeitungswerkzeuges maßgeblich die Charakteristik des Schneidvorganges, insbesondere findet hier ein maßgeblicher Einfluss über den Durchmesser des Bearbeitungswerkzeuges, die Anzahl der Schneiden, die Winkel am Schneidkeil, die Art und Anzahl der Spanabfuhrkanäle oder die Länge der Querschneide bei Spiralbohrern statt. Weitere Parameter können insbesondere der Verschleißzustand des Bearbeitungswerkzeugs, die Anzahl und Größe der Schmierkanäle, der zu bearbeitende Werkstoff, die Temperatur an der Schneidstelle, die Art und Größe der beim Schneidvorgang entstehenden Späne, die Geräuschentwicklung beim Schneidvorgang, Drehzahlschwankungen und Vibrationen während des Bearbeitungsvorgangs, die Zusammensetzung des beim Bearbeitungsvorgangs entstehenden Schmiermitteldampfes oder die Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges sein. Durch die Berücksichtigung einer oder mehrerer der voranstehend genannten charakteristischen Größen des Bearbeitungsvorganges können über die im Datenspeicher abgelegten Sollwerte und ein Datenverarbeitungsprogramm genauere Sollwerte für den Förder- und Schmiermittelstrom errechnet werden. Damit wird eine optimale Anpassung der Minimalmengenschmierung an den Bearbeitungsvorgang gewährleistet und somit eine vollständige Verdampfung des Schmiermittels bei gleichzeitig optimaler Versorgung der Bearbeitungsstelle sichergestellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der tatsächliche Förder- und/oder Schmiermittelstrom als Istwert durch einen Soll-Istwertvergleich auf den errechneten Sollwert in einem geschlossenen Regelkreis geregelt. Dazu wird der tatsächliche Förder- und/oder Schmiermittelstrom mit Hilfe von Messeinrichtungen ermittelt, die entsprechende Messwerte an den Datenspeicher übermitteln und unter Berücksichtigung der zusätzlichen Werkzeug- und/oder Bearbeitungsparameter durch ein Datenverarbeitungsprogramm in optimale Förder- und Schmiermittelströme umsetzen. Diese Förder- und Schmiermittelströme werden mit Hilfe von Stellmitteln, insbesondere Fluidventile wie Proportionalventile, Schnellventile oder Drosselventile oder durch Steuerung entsprechender Pumpeinrichtungen zur Förderung der Förder- oder Schmiermittelströme beeinflusst, wodurch ein geschlossener Regelkreis gebildet wird. Dazu wird der über die Messeinrichtungen ermittelte Istwert des Förder- und Schmiermittelstromes anhand eines Vergleiches mit den im Datenspeicher und mittels des Datenverarbeitungsprogramms ermittelten Sollwerten verglichen und bei Abweichungen ein entsprechendes Steuersignal an die Stellmittel übermittelt. Durch einen derartigen Regelkreis wird erreicht, dass während des Bearbeitungsvorganges auftretende Veränderungen der Förder- oder Schmiermittelströme ausgeglichen werden können, wie sie insbesondere durch Verstopfen der Schmierkanäle im Bearbeitungswerkzeug oder Spanansammlungen in den Spanabfuhrkanälen auftreten. Somit wird sichergestellt, dass selbst bei wechselnden Bedingungen während des Bearbeitungs vorganges die Bearbeitungsstelle immer mit einem optimalen Förder- und Schmiermittelstrom versorgt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der momentane Istwert angezeigt und insbesondere durch manuelle Eingabe verändert. Dies ermöglicht einem Maschinenbediener einerseits die Kontrolle der Förder- und Schmiermittelströme, um sicherzustellen, dass eine optimale Versorgung der Bearbeitungsstelle erfolgt. Andererseits wird erreicht, dass der Maschinenbediener über die Zeit einen Erfahrungsschatz aufbauen kann, um eine weitere Optimierung des Verfahrens zur Minimalmengenschmierung zu erreichen. Mit Hilfe dieses Erfahrungsschatzes kann eine manuelle Optimierung der Minimalmengenschmierung vorgenommen werden, wie sie insbesondere bei der Großserienfertigung oder der Hochleistungszerspanung erforderlich ist.

In weiterer Ausgestaltung wird der tatsächliche Fördermittelstrom abhängig von dem errechneten Sollwert oder dem Standardwert gesteuert. Durch die Vorgabe der Förder- und Schmiermittelströme anhand einer Steuerung kann auf Messeinrichtungen zur Bestimmung der Volumenströme verzichtet werden, da der errechnete Sollwert unmittelbar in Steuersignale für die Stellmittel umgesetzt wird. Dadurch ist eine besonders preiswerte Ausführung einer Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung möglich, wenngleich die Änderung von Bearbeitungsparametern während des Bearbeitungsvorganges in diesem Fall nicht mit berücksichtigt wird.

In weiterer Ausgestaltung wird der tatsächliche Fördermittelstrom mittels einer Druckregelung des Fördermittels gesteuert. Bei einer Druckregelung wird der tatsächliche Fördermittelstrom anhand eines in einem definierten Querschnitt einer Zuleitung des Fördermittels angebrachten Drucksensors ermittelt und in Form eines Messsignals an den Datenspeicher übertragen. Dadurch lässt sich eine besonders einfache Erfas sung des Fördermittelstroms verwirklichen, die trotzdem ein hinreichend zuverlässiges Ergebnis liefert. Der Regelkreis aus Drucksensor und Datenspeicher wird durch Stellmittel geschlossen, die Einfluss auf die Fördermenge oder den Druck des Fördermittels nehmen und somit den Volumenstrom des Fördermittels beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der tatsächliche Schmiermittelstrom in Abhängigkeit von den errechneten Sollwerten oder den Standardwerten für den Schmiermittelstrom gesteuert. Die Beeinflussung des Schmiermittelstroms erfolgt durch die Stellmittel, die in Abhängigkeit von den errechneten Sollwerten ohne Berücksichtigung von Signalen aus Messeinrichtungen entsprechend den errechneten Sollwerten oder den Standardwerten für den Schmiermittelstrom angesteuert werden. Dadurch kann auf Messeinrichtungen zu Ermittlung des Volumenstroms des Schmiermittels verzichtet werden, wodurch ein Kostenvorteil entsteht.

In weiterer Ausgestaltung erfolgt die Steuerung des Schmiermittelstroms durch eine proportionale oder digitale Dosierung. Der Strom des Schmiermittels kann entweder durch eine kontinuierliche Förderung, insbesondere mit einer Zahnradpumpe oder einer Flügelzellenpumpe aus einem Vorratsbehälter hin zu den Schmierkanälen des Bearbeitungswerkzeuges erfolgen. Eine Beeinflussung eines derartigen kontinuierlichen Schmiermittelstroms erfolgt proportional zu den errechneten Sollwerten oder den Standardwerten in Abhängigkeit vom Durchmesser des Bearbeitungswerkzeuges, insbesondere durch die Beeinflussung der Drehzahl eines Pumpenantriebes oder die Verstellung eines Überdruckventils. Eine digitale Dosierung des Schmiermittelstromes kann insbesondere durch eine Kolbenpumpe oder eine Membranpumpe oder durch Schalten eines Wegeventils erzielt werden. Derartige Pumpen werden in Abhängigkeit von den Sollwerten oder den Standardwerten angesteuert. Dadurch wird das Schmiermittel in einem diskontinuierli chen Volumenstrom, der insbesondere von der Größe des Förderhubes der Pumpe und der Drehzahl des Pumpenantriebes bestimmt ist, zu den Schmierkanälen des Bearbeitungswerkzeuges befördert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der tatsächliche Schmiermittelstrom in Abhängigkeit von den errechneten Sollwerten oder den Standardwerten geregelt. Dazu sind zwischen einer Fördereinrichtung des Schmiermittels und den Schmierkanälen des Bearbeitungswerkzeuges Messeinrichtungen vorgesehen, die den Volumenstrom des Schmiermittels ermitteln und an den Datenspeicher in Form von Messsignalen übertragen. Im Datenspeicher erfolgt ein Soll-Istvergleich in Abhängigkeit von den dort abgespeicherten bzw. errechneten Sollwerten für den Schmiermittelstrom, daraus werden Steuersignale für Stellmittel oder Fördermittel des Schmiermittels ermittelt und ausgegeben. Dadurch wird ein geschlossener Regelkreis gebildet, bei dem eine Rückmeldung des tatsächlichen Schmiermittelstroms über die Messeinrichtung an den Datenspeicher erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Standardwerte empirisch ermittelt. Die Grundlagen für die Standardwerte werden auf der Basis von Versuchsreihen in Abhängigkeit von Parametern wie Durchmesser des Bearbeitungswerkzeugs, Bearbeitungsgeschwindigkeit, Material des Bearbeitungswerkzeuges sowie des Werkstücks oder weiteren charakteristischen Kennwerten ermittelt und in Kennfeldern abgelegt. Die Standardwerte werden durch Bildung von Mittelwerten aus diesen Kennfeldern gebildet. Damit sind die Volumenströme des Förder- und des Schmiermittels nur noch vom Durchmesser des Bearbeitungswerkzeuges abhängig und weisen trotzdem eine hinreichende Genauigkeit auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden in den Datenverarbeitungsprogrammen auf den Standardwerten aufbauende Formeln mit li nearen, progressiven oder degressiven Kennlinien abgelegt. Nachdem sich bei linear zunehmendem Durchmesser des Bearbeitungswerkzeu- ges nicht zwingend ein ebenfalls linear zunehmender Bedarf an Fördermittel oder Schmiermittel für eine optimale Minimalmengenschmierung der Bearbeitungsstelle ergibt, sind im Datenverarbeitungsprogramm auf den Standardwerten aufbauende Formeln abgelegt, die die entsprechenden Zusammenhänge zwischen dem Durchmesser des Bearbeitungswerkzeuges und den dazuzuordnenden Volumenströmen von Fördermittel und Schmiermittel verknüpfen. Dadurch lassen sich einerseits auch für nicht in den Wertetabellen abgelegte Durchmesser von Bearbeitungswerkzeugen entsprechende Volumenströme ermitteln, andererseits wird dadurch erreicht, dass der Datenspeicher nicht durch eine unnötige Anzahl von Wertetabellen blockiert wird.

Für eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Minimalmengenschmierung, bei der Stellmittel zur Steuerung von Schmiermittel- und Fördermittelströmen vorgesehen sind, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine zentrale Recheneinheit vorgesehen ist, die an einen Datenspeicher zur Abspeicherung von Standardwerten für Förder- und Schmiermittelströme sowie an eine Informationsübertragung für ausgewählte Werkzeugdurchmesser gekoppelt ist, wobei die Recheneinheit die Stellmittel abhängig von Daten aus dem Datenspeicher und Informationen der Informationsübertragung ansteuert. Um die Volumenströme des Schmiermittels und des Fördermittels zu erzeugen, sind entsprechende Fördereinrichtungen vorgesehen, die insbesondere als Kolbenpumpen, Membranpumpen oder Zahnradpumpen ausgeführt sein können. Die Fördereinrichtungen fördern die jeweiligen Volumenströme an eine Mischstelle, bei der die Volumenströme des Fördermittels und des Schmiermittels vereinigt werden. Von der Mischstelle aus wird der gemeinsame Volumenstrom des Förder- und des Schmiermittels über die Schmierkanäle des Bearbeitungswerkzeuges der Bearbeitungsstelle zugeführt. Zur Steuerung oder Regelung der jeweiligen Volumenströme sind Stellmittel vorgesehen, die eine Beeinflussung der Volumenströme, insbesondere über elektromagnetisch angesteuerte Proportional- oder Schnellventile ermöglichen. Weiterhin können Messmittel vorgesehen sein, die abhängig vom Bearbeitungsvorgang Messwerte ermitteln und an die Recheneinheit übertragen. In der Recheneinheit werden die ermittelten Messwerte mit den in einem Datenspeicher abgelegten Sollwerten verglichen und in Stellwerte für die Stellmittel umgesetzt. Im Datenspeicher sind zur Steuerung oder Regelung der Volumenströme des Schmiermittels und des Fördermittels Sollwerte gespeichert, die sowohl das Verhältnis der Volumenströme zueinander als auch die Größe des absoluten Volumenstromes von Fördermittel und Schmiermittel beschreiben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Recheneinheit wenigstens ein Datenverarbeitungsprogramm abgelegt, das Daten des Datenspeichers, der Informationsübertragung und/oder eines Werkzeugmaschinenprogramms oder -speichers auswertet. Das Datenverarbeitungsprogramm greift auf die Daten des Datenspeichers, der Informationsübertragung und/oder des Werkzeugmaschinenprogramms oder Speichers zu und berechnet daraus Stellwerte für die Stellmittel, die die Volumenströme des Schmiermittels oder des Fördermittels beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Regelung des Fördermittelstromes ein geschlossener Regelkreis, der den Stellmitteln zugeordnet ist, vorgesehen. Ein geschlossener Regelkreis wird durch Messmittel, insbesondere Drucksensoren oder Durchflussmesser, eine Recheneinheit und Stellmittel gebildet. Dabei wird ein von den Messmitteln ermittelter Messwert an die Recheneinheit übertragen, dort mit Hilfe des Datenverarbeitungsprogrammes in eine Stellgröße für das Stellmittel umgewandelt wird und anschließend an das Stellmittel übertragen. Das Stellmittel verändert gemäß der von der Recheneinheit vorgegebenen Stellgröße den Fördermittelstrom, wodurch unmittelbar oder mittelbar auch eine Veränderung des Messwertes der Messmittel hervorgerufen wird, und somit eine Angleichung an den Sollwert gewährleistet ist, der in dem mit der Recheneinheit gekoppelten Datenspeicher abgelegt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Anzeigemittel zur Darstellung momentaner Istwerte des Fördermittelstromes vorgesehen. Die Anzeigemittel können den Istwert des Fördermittelstroms insbesondere in Form von absoluten Zahlenwerten, Prozentangaben durch Zahlenwerte oder Leuchtbalken oder Zeigerstellungen mittels LCD-Displays, Zeigerinstrumenten, LED-Balken, Bildschirmen darstellen. Sie dienen einerseits der Kontrolle des Fördermittelstroms, andererseits kann der Maschinenbediener einen Erfahrungsschatz aufbauen, der es ihm ermöglicht, eine Optimierung der Minimalmengenschmierung vorzunehmen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Stellmittel zur Steuerung des Schmiermittelstromes als proportional oder digital wirkendes Dosierglied geschaltet. Als Stellmittel kommen sowohl die Fördereinrichtungen, die den Volumenstrom des Schmiermittels erzeugen, als auch nachgeschaltete Ventileinrichtungen in Frage. Die Fördereinrichtungen, insbesondere Kolbenpumpen, Zahnradpumpen, Kreiselpumpen oder Membranpumpen, können hinsichtlich des bereitzustellenden Schmiermittelstroms durch die Ansteuerung eines Antriebsaggregates, insbesondere elektrisch betriebenen Pumpenmotors beeinflusst werden. Die Ventileinrichtungen, insbesondere elektromagnetisch angesteuerte Proportionalventile oder Schnellventile, drosseln entweder einen zur Verfügung stehenden Querschnitt, durch den der Volumenstrom des Schmiermittelstroms hindurchtritt oder öffnen und verschließen den Querschnitt jeweils vollständig. Dementsprechend findet entweder eine proportionale oder eine digitale Steuerung des Schmiermittelstroms statt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein geschlossener Regelkreis zur Regelung des Schmiermittelstromes vorgesehen. Ebenso wie für die Regelung des Fördermittelstromes kann auch für das Schmiermittel ein Regelkreis vorgesehen werden, der neben einer besonders exakten Dosierung des Schmiermittels auch eine hohe Prozesssicherheit bietet, da ein zu geringer Strom an Schmiermittel durch die Messmittel erfasst und an die Recheneinheit weitergegeben wird. Dadurch kann entweder Einfluss auf die Fördereinrichtung und die Stellmittel genommen werden, um den Schmiermittelstrom zu vergrößern oder Bearbeitungsparameter, insbesondere Schnittgeschwindigkeit oder Vorschub werden geändert, um der reduzierten Kühlwirkung gerecht zu werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung, das anhand der Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Minimalmengenschmierung.
Eine Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung 1 weist eine Recheneinheit 2 sowie Mittel zur Erzeugung und Steuerung oder Regelung von Volumenströmen eines Fördermittels sowie eines Schmiermittels auf. Die Volumenströme des Fördermittels und des Schmiermittels werden über Transportmittel 6, 7, 18 an eine Bearbeitungsstelle 5 eines Bearbeitungswerkzeugs 3 geleitet, um dort während eines Bearbeitungsvorganges die notwendige Schmierung und Kühlung der Bearbeitungsstelle 5 vorzunehmen. Dazu sind im Bearbeitungswerkzeug 3 Schmierkanäle 4 vorgesehen, durch die ein Gesamtvolumenstrom, der sich aus den Volumenströmen des Förder- und des Schmiermittels zusammensetzt, an die Bearbeitungsstelle 5 transportiert wird. Der Gesamtvolumenstrom wird in einem Mischbereich 8 aus den Volumenströmen des Schmiermit tels und des Fördermittels, die über Kanäle 6, 7 in der Bearbeitungswerkzeughalterung 25 in den Mischbereich 8 gefördert werden, vermengt. Dabei wird angestrebt, das Schmiermittel derartig in den Mischbereich 8 einzubringen, dass das Schmiermittel sich möglichst an einer Wandung des Schmierkanals entlang bewegt und nicht zerstäubt wird, so dass eine optimale Schmierung und Kühlung der Schmierstelle 5 erreicht werden kann. Die Recheneinheit 2 ist über Signalleitungen 22, 23 mit Messmitteln 12, 16, 17 verbunden, die während des Bearbeitungsvorganges Parameter zur Steuerung oder Regelung der Volumenströme des Schmiermittels und des Fördermittels ermitteln und an die Recheneinheit liefern. Die Recheneinheit ist weiterhin mit Stellmitteln 11, 13, 14, 15 verbunden, mit denen Einfluss auf die Volumenströme des Fördermittels und des Schmiermittels genommen werden kann und die zur Regelung dieser Volumenströme benutzt werden.
Zur Erzeugung und Regelung des Volumenstroms des Fördermittels ist eine Fördermittelpumpe 9 mit einem Fördermitteldruckminderventil 13 verbunden. Diesem ist ein Fördermitteldurchflussmesser 12, ein Fördermittelstellventil 14 sowie ein Fördermitteldruckmesser 16 über Fördermitteltransportmittel 18 nachgeschaltet. An den Fördermitteldruckmesser 16 ist ein unmittelbar in den Mischbereich 8 führendes Fördermitteltransportmittel 6 angeschlossen. Vom Fördermitteldurchflussmesser 12 geht eine Signalleitung 23 zur Recheneinheit 2, des weiteren ist vom Fördermitteldruckmesser 16 eine Signalleitung 22 zur Recheneinheit 2 vorgesehen. Die Recheneinheit 2 beeinflusst über eine Steuerleitung 19 das Fördermittelstellventil 14 sowie über eine nicht dargestellte Steuerleitung das Fördermitteldruckminderventil 13.
Der Volumenstrom des Schmiermittels wird über eine Schmiermittelpumpe 10, die durch einen Pumpenmotor 11 angetrieben wird, bereitgestellt und über ein Schmiermittelüberdruckventil 15 abgesichert. Der Pumpenmotor 11 ist über eine Steuerleitung 20 mit der Recheneinheit 2 verbunden und erhält von dort ein Drehzahlsignal. Der Schmiermittelstrom wird vorwiegend durch nicht dargestelltes, proportionales oder digitales Steuerventil beeinflusst, das von der Schmiermittelpumpe 10 gespeist wird. Von der Schmiermittelpumpe 10 wird das Schmiermittel aus einem Schmiermittelvorratsbehälter 26 über ein nachgeschaltetes Transportmittel 7 durch die Bearbeitungswerkzeughalterung 25 in den Mischbereich 8 gefördert.
Das Bearbeitungswerkzeug 3 wird durch eine Antriebseinrichtung 24 mit der für den Bearbeitungsvorgang notwendigen Energie versorgt, wobei an der Antriebseinrichtung 24 ein Drehzahlregler 17 vorgesehen ist, der mit der Recheneinheit 2 über eine Steuerleitung 21 verbunden ist und der somit die von der Recheneinheit 2 vorgegebene Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges 3 regelt. Als Kennwert für die Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges 3 kann ein proportionales Spannungssteuersignal verwendet werden, welches die Drehzahl der Antriebseinrichtung 24 vorgibt.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Minimalmengenschmierung werden anhand eines Maschinenprogramms einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine Parameter über die Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs sowie über die damit verbundenen Bearbeitungsparameter in die Recheneinheit 2 eingespeist und mit den in der Recheneinheit 2 abgelegten Sollwerten verglichen. Daraus wird ein Verhältnis zwischen Schmiermittel und Fördermittelvolumenstrom sowie die Größe des Gesamtvolumenstroms festgelegt und die Signalleitungen 21 zum Drehzahlregler 17, die Signalleitung 19 zum Schmiermittelstellventil 14 sowie die Signalleitung 20 zum Pumpenmotor 11 mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagt.
Die Fördermittelpumpe 9, insbesondere ein Kompressor über das zentrale Druckluftnetz, stellt einen Volumenstrom an Fördermittel bereit, der durch das Fördermitteldruckminderventil 13 sowie das Fördermittelstellventil 14 in Verbindung mit dem Fördermitteldurchflussmesser 12 und dem Fördermitteldruckmesser 16 beeinflusst wird. Parallel dazu wird durch die vom Pumpenmotor 11 angetriebene Schmiermittelpumpe 10 in Verbindung mit dem Schmiermittelüberdruckventil 15, das mit einer nicht dargestellten Steuerleitung mit der Koordinationseinheit 2 verbunden ist, ein Volumenstrom des Schmiermittels erzeugt und beeinflusst.
Beide Volumenströme werden durch die entsprechenden Transportmittel 6, 7, 18 in den Mischbereich gefördert und dort vereinigt. Der so entstehende Gesamtvolumenstrom kann über Schmierkanäle 4 des Bearbeitungswerkzeugs 3 an die Bearbeitungsstelle 5 befördert werden. Somit kann zu Beginn des Bearbeitungsvorganges über die entsprechenden Fördereinrichtungen und Stellmittel an der Bearbeitungsstelle 5 des Bearbeitungswerkzeugs 3 über die Schmierkanäle 4 ein im Mischbereich 8 erzeugter Gesamtvolumenstrom aus Schmier- und Fördermittel bereitgestellt werden. Durch Änderungen der Bearbeitungsparameter, insbesondere Bearbeitungswerkzeugeingriff im Werkstück, Werkzeugverschleiß oder Verstopfung der Schmierkanäle treten Schwankungen der Volumenströme während des Bearbeitungsvorganges auf. Diese Schwankungen werden anhand der Messmittel 12, 16, 17 detektiert und von der Recheneinheit 2 durch Veränderung der Steuersignale an die Stellmittel 11, 13, 14 korrigiert.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird der Volumenstrom des von der Fördermittelpumpe 9 bereitgestellten Fördermittels über das einstellbare Fördermitteldruckminderventil 13 in Verbindung mit dem Fördermitteldruckmesser 16 geregelt. Der Fördermittelstrom wird proportional zu der von der Recheneinheit angeforderten Menge durch Verstellung des Fördermitteldruckminderventils beeinflusst und ergibt somit in einem Messquerschnitt ein Druckniveau, das mit einem bestimmten Volumenstrom verknüpft ist. Dieses Druckniveau wird vom Fördermittel druckmesser 16 ermittelt und an die Recheneinheit weitergegeben. Liegt eine Abweichung vom Sollwert vor, so wird durch die Verstellung des Fördermitteldruckminderventils 16 eine entsprechende Nachregelung des Fördermittelstroms erreicht. Durch eine derartige Konfiguration liegt eine druckabhängige Regelung des Fördermittelstroms vor.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der Volumenstrom des Fördermittels digital gesteuert. Über das Fördermittelstellventil 14 wird dabei die Dosierung des von der Recheneinheit 2 angeforderten Fördermittelstroms durch Sperren oder Freischalten des Fördermittelstellventils 14 beeinflusst. Über den Fördermitteldruckmesser 16 liegt der Recheneinheit der Druck des Fördermittels vor, so dass eine integrale Bestimmung der geförderten Fördermittelmenge vorgenommen werden kann. Damit kann eine digitale, druckabhängige Einstellung des Fördermittelvolumenstromes vorgenommen werden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der von der Fördermittelpumpe 9 bereitgestellte Fördermittelstrom lediglich durch ein von der Recheneinheit 2 gesteuertes Fördermitteldruckminderventil 13 beeinflusst, von dort aus wird das Fördermittel unmittelbar über die Transportmittel 6 in den Mischbereich 8 weitergeleitet. Durch den Wegfall sowohl des Fördermitteldurchflussmessers 12 als auch des Fördermitteldruckmessers 16 sowie des Fördermittelstellventils 14 ergibt sich hiermit eine besonders preiswerte Aufbauweise für die Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung. In dieser Konfiguration liegt dann eine Steuerung des Fördermittelvolumenstromes durch die Recheneinheit vor.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der Volumenstrom des Schmiermittels ausschließlich durch das über die Steuerleitung 20 an den Pumpenmotor 11 übertragene Steuersignal der Recheneinheit 2 beeinflusst. Durch den Entfall des Schmiermittelüber druckventils 15 kann auch hier eine besonders preisgünstige Variante der Vorrichtung zur Minimalmengenschmierung verwirklicht werden, die insbesondere bei unkritischeren Prozessen ein ausreichendes Schmierungsergebnis sicherstellt.

Claims

Verfahren zur Minimalmengenschmierung eines Bearbeitungswerkzeuges (3) im Bereich einer Bearbeitungsstelle (5) eines Werkstückes, wobei Schmiermittel durch wenigstens einen Schmierkanal (4) mit Hilfe eines Fördermittels zu der Bearbeitungsstelle (5) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – verschiedene Förder- und Schmiermittelströme als Standardwerte in einem Datenspeicher abgelegt werden, denen bestimmte Werkzeugdurchmesser des Bearbeitungswerkzeugs (3) zugeordnet werden, und dass – bei Auswahl eines bestimmten Werkzeugdurchmessers die zugeordneten Förder- und Schmiermittelströme angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Werkzeug- und/oder Bearbeitungsparameter als Daten herangezogen werden und mittels eines Datenverarbeitungsprogrammes relativ zu den Standardwerten genauere Sollwerte für Förder- und Schmiermittelströme errechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Förder- und/oder Schmiermittelstrom als Istwert durch einen Soll-Istwertvergleich auf den errechneten Sollwert in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Istwert angezeigt wird, und insbesondere durch manuelle Eingabe verändert werden kann.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Förder- und/oder Schmiermittelstrom abhängig von dem errechneten Sollwert oder dem Standardwert gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Fördermittelstrom mittels einer Druckregelung des Fördermittels gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Schmiermittelstroms durch eine proportionale oder eine digitale Dosierung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardwerte empirisch ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Datenverarbeitungsprogrammen auf den Standardwerten aufbauende Formeln mit linearen, progressiven oder degressiven Kennlinien abgelegt werden.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit Stellmitteln (11, 13, 14, 15) zur Steuerung von Förder- und Schmiermittelströmen, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Recheneinheit (2) vorgesehen ist, die an einen Datenspeicher zur Abspeicherung von Standardwerten für Förder- und Schmiermittelströme sowie an eine Informationsübertragung für ausgewählte Werkzeugdurchmesser gekoppelt ist, und dass – die Recheneinheit (2) die Stellmittel (11, 13, 14, 15) abhängig von Daten aus dem Datenspeicher und Informationen der Informationsübertragung ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (2) wenigstens ein Datenverarbeitungsprogramm abgelegt ist, das Daten des Datenspeichers, der Informationsübertragung und/oder eines Werkzeugmaschinenprogrammes oder -speichers auswertet.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Fördermittelstromes ein geschlossener Regelkreis, der den Stellmitteln (11, 13, 14, 15) zugeordnet ist, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (15) zur Steuerung des Schmiermittelstromes als proportional oder digital wirkendes Dosierglied gestaltet ist.